用MEMS芯片找到控制心脏病的方法

EETimes佛罗里达州报道，对于研究心血管疾病的成因和预防方法，未来将不仅局限于解剖大鼠或培养皿中培养心脏细胞。在新加坡南洋理工大学，医学研究人员正尝试利用一款新开发的微电子机械系统（MEMS）微流控芯片，来实现这一目标。

该芯片模拟了当脂肪和胆固醇积聚在内部动脉壁斑块上时，动脉中的精确血流情况。在活组织中，由此产生的动脉粥样硬化（atherosclerosis）会限制血液流动，并可能导致心脏病发作。这款芯片最牛的地方是，能够模拟心脏血管细胞的炎症反应，这种反应能够切断血液供应。如果这些反应能被抑制，那么心脏病就不会发生。

在实验中，研究人员首先使用人造血液来完善通过微流体“血管”的流动通道，然后使用真实血液模拟需要消除的炎症反应，以防止心脏病发作。因为在芯片上可以密切观察到血管内壁细胞的反应，所以研究小组声称他们的动脉粥样硬化建模方法，远远优于使用培养细胞或实验室动物模拟条件的方法。

该小组希望学习如何通过多种手段来调节血管收缩，以防止或至少减轻心脏病发作。到目前为止，研究人员的精力已经集中在心脏血流的整体生物力学上，并精确地模拟了心脏血管的形状和几何结构，以查明血管收缩原因。

这个仅方寸之间的芯片拥有两个堆叠的腔室，通过柔性聚合物膜隔开，以模拟导致心脏病发作的条件。底部腔室包含压缩空气，顶部腔室包含血液（或血样测试流体）。为了准确地模拟一颗真实的心脏，研究人员从冠状静脉培养内皮细胞（endothelial cells ），使其充满流体填充室。该系统通过将空气泵送到柔性充气室中来操作，从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流。

*在芯片上实现动脉粥样硬化的模拟，并在心脏病发作前评估血管的狭窄和血液的健康状况。
（Source: Han Wei Hou）*

研究人员发现，随着血管堵塞情况的加剧，内皮细胞释放出一种导致动脉粥样硬化的蛋白质。当使用真实血液模拟时，免疫细胞的积聚则更快发展成动脉堵塞斑块的脂质。

据芯片研发负责人韩伟厚（音译）介绍，该芯片在模仿这些众所周知的心脏病前兆的准确性，使其成为测试新疗法的理想装置。

该团队在这几篇文章中详述了研究成果：“芯片上的动脉粥样硬化：可调节3D狭窄血管微装置（Atherosclerosis-on-a-Chip: A Tunable 3D Stenotic Blood Vessel Microdevice）”和1月2日发表的一篇文章“一种可调的微流体3D狭窄模型，用于研究动脉粥样硬化中的白细胞 - 内皮相互作用（A tunable microfluidic 3D stenosis model to study leukocyte-endothelial interactions in atherosclerosis.）”。

编译：Luffy Liu

本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载

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